Puesta a tierra en el espacio

Estoy trabajando en un proyecto que se lanzará dentro de un cohete Blue Origin New Shepard y necesito saber los detalles de cómo se basará nuestro experimento. El experimento tendrá una fuente de alimentación USB 3.0 de 5 V y alimentará una Raspberry Pi Zero W. ¿Cómo conectaría a tierra nuestros dispositivos electrónicos en esta cápsula?

Hable con los diseñadores de naves espaciales, tienen que tener a alguien que coordine las especificaciones eléctricas de los equipos a bordo y probablemente necesite cumplir con sus especificaciones.

Usted debe , probablemente, la conexión a tierra en el RPI a la caja de blindaje eléctrico. Si hay otros experimentos en la carga útil, debe tener algunas pautas del ingeniero de sistemas en materia de EMC. Solo al azar, aquí hay un ejemplo de lo que debe obtener (ese enlace es para un CubeSat). Por ejemplo, la desgasificación es particularmente importante si hay óptica involucrada en alguna parte de la (s) carga (s). Habrá ICD.

Si el medio ambiente va a estar desprovisto de aire, tendrá que garantizar un diseño térmico adecuado para sacar el calor sin permitir que las temperaturas de la unión de los chips aumenten demasiado, y las fuerzas G y la vibración durante el lanzamiento suelen ser bastante severas. Es probable que haya una conexión térmica y mecánica bastante sólida desde la PCB a la carcasa.

Debe traer un contenedor lleno de tierra y conectarlo a la tierra del circuito.

No, tu no. La tierra como tierra tiene poco significado especial si a) la tierra no se usa como conductor de retorno en una red eléctrica, b) no es necesario asegurarse de que las partes conductoras del equipo no tengan un potencial peligroso en relación con la tierra (lo que hace que un accidente sea muy probable si se espera que la gente se pare en la tierra).

Para obtener consejos sobre cómo hacerlo, como se menciona en otras respuestas, haga lo que el proveedor de lanzamiento le indique que haga.

¿Cómo conectaría a tierra nuestra electrónica en esta cápsula?

Lo conecta a tierra al gabinete, sin embargo, tenga en cuenta que el gabinete estará 'flotando' y puede cambiar el voltaje, lo que no hará una diferencia para la electrónica dentro del gabinete si el gabinete es conductor, si el gabinete no es continuo, esto podría crear problemas con la carga

Sin embargo, puede haber problemas para cualquier 'potencial expuesto' porque estos acumulan cargas superficiales del entorno espacial (que incluye plasma). La Estación Espacial Internacional puede cambiar el voltaje a algo así como -10 a 25V con respecto a una carga neutra. Por lo tanto, no me preocuparía demasiado si no tiene potenciales expuestos, si tiene células solares o sensores en el exterior, será necesario tener en cuenta la carga de la superficie neta.

El ambiente del espacio-tiempo es un lugar desagradable que incluye radiación (solar y cósmica), plasmas y vacío. Esto puede crear problemas para la electrónica comercial debido a la temperatura. El vacío en realidad puede erosionar algunos materiales (como el PVC), por lo que es importante asegurarse de que los materiales sean compatibles con el vacío. La batería también debe ser compatible con el vacío. La mayoría de los epóxicos IC son compatibles con el vacío, pero esto debe verificarse.

Nota al margen: Kapton es compatible con el vacío y tiene un amplio rango de temperatura, ideal para usar en naves espaciales, es un material maravilloso.

También sería ventajoso probar su proyecto en el vacío durante varios días para asegurarse de que todavía funciona. También deberá asegurarse de que el recinto no sea hermético (un recipiente a presión) que generalmente no está permitido.

También querrá asegurarse de que la temperatura de la electrónica esté dentro de la temperatura de funcionamiento, ya que las cosas pueden calentarse o enfriarse mucho, ya que no hay aire para equilibrar la temperatura.

Es posible que desee comunicarse con una comunidad de cohetes que suena , hay estudiantes que lanzan proyectos todo el tiempo en cohetes.

Un voltaje no es un número absoluto. Un voltaje es una diferencia de potencial entre dos puntos. Si dice que un voltaje es "0V", entonces eso significa que el nodo que está midiendo tiene el mismo potencial que su "tierra" (la diferencia de potencial entre el nodo y la tierra es 0V). Si dice que el voltaje es "12V", eso significa que el nodo que está midiendo tiene un potencial de 12 voltios más alto que el suelo. Una vez más, el voltaje es una diferencia y, por lo tanto, su punto de referencia ("tierra") es arbitrario. Puede colocarlo en cualquier parte de su circuito, y todo lo que significa es que cualquier otro voltaje que mida es la diferencia de potencial entre esa tierra elegida y el nodo que está midiendo.

En los proyectos de CubeSat en los que trabajé, la estructura de aluminio se utilizó como punto de conexión a tierra. Y cada subsistema tenía sus bases combinadas con un conector PC104.

Es mejor hablar con un ingeniero de sistemas de energía o sistemas de proyectos.

En parte, lo que puede hacer por un terreno puede depender de las especificaciones circundantes del lanzamiento, deberá verificarlo. Supongo que el experimento se lanzará de forma autónoma al espacio libre. Con toda probabilidad, debe sujetar el terminal negativo de la batería (supongo) que está alimentando su fuente de alimentación USB de 5v al chasis de metal adecuado o al estuche del experimento y usarlo como referencia. Cualquier equipo que requiera conexión a tierra puede conectarse al chasis. Si su experimento hace transmisiones, supongo que tiene algún tipo de disposición de antena fuera del estuche.

Como muchos han dicho, este problema ya se ha resuelto para usted. Los técnicos del proyecto tendrán las especificaciones de puesta a tierra para usted. Sin embargo, para ayudarlo a comprender lo que está sucediendo ...

La conexión a tierra en el espacio funciona de la misma manera que conecta a tierra un automóvil. El "chasis" representa el plano eléctrico conectado a tierra y el "poste negativo de la batería" (el potencial de referencia para la fuente de alimentación del cohete) está conectado a él. Esto es necesario porque la combinación de esos hermosos neumáticos que damos por sentado en nuestra era moderna y el asfalto aísla el automóvil de una "tierra" tradicional.

Recuerde, su circuito funciona con la diferencia de potenciales eléctricos. Supongamos que se ejecuta en 1.1v. No importa si los voltajes de tierra y fuente reales son 0v y 1.1v o 10,000v y 10,001.1v, el Rasberry seguirá funcionando.

Es importante recordar que llamar a tierra "0v" es un concepto matemático, no necesariamente una cuestión de realidad. Facilita las matemáticas, por eso lo asumimos. Mientras tengamos una forma predecible de obtener la diferencia que necesitamos entre las dos referencias, realmente no nos importa cuáles son esas referencias en realidad.

Hace mucho tiempo ayudé a diseñar circuitos Futurebus, que fueron diseñados para operar en satélites. Esos chips incluían circuitos que conectaban los dos planos para asegurar voltajes transitorios en un plano (tierra o fuente) que también ocurrían en el plano opuesto para asegurar que la diferencia de potencial operativo dentro del chip fuera siempre la misma, estabilizando así la operación del chip en un entorno donde tradicional "tierra de la tierra" no existía.

Esto fue importante porque la hoja rho de los planos de tierra y fuente y la resistencia de los cables que conectan el chip al resto del mundo fue lo suficientemente grande como para causar variaciones locales de voltaje en los planos (lo que causa que la diferencia de potencial varíe). En la Tierra, ignoras un poco eso porque reemplazar el chip en la posibilidad de un millón a uno podría fallar no es gran cosa. El espacio no es tan acogedor. (Tenga en cuenta que esto fue hace mucho tiempo. La ciencia moderna de los materiales puede tener metales que ya no requieren ese nivel de paranoia).

La conexión a tierra en su caso significa conectarse a la carga promedio de la masa más grande disponible (que es el cuerpo del cohete en lugar de la Tierra). Esa será la referencia del valor del suelo y el resto será una diferencia de voltaje en comparación con eso.